閥廳用接地開關的設計研究

徐翠麗

摘 要：本文對換流站閥廳用的接地開關的總體設計方案進行了詳細的介紹，并對設計完成的換流站閥廳用的接地開關的做了一定的型式試驗及對接地開關在實際中的具體應用情況做了講解。

關鍵詞：潛供電弧；電力系統；接地開關；參數；設計方案

一、緒論

在電力系統中，接地開關逐漸成為了電力系統中不可缺少的電力設備之一。依據結構形式的不同，接地開關一般可大致劃分為敞開式結構和封閉式結構兩種，敞開式結構的接地開關通電線路通常是暴露在大氣中，這種原理類似于隔離開關的接地刀閘。封閉式式結構的接地開關采用的導電系統通常為在充滿SF6 的絕緣介質當中。快速接地開關的作用為實現將電路中大電流的進行有效的關合，能夠實現將短路故障的電路多次關合而不至于損壞。

在特高壓的輸電線路中，當輸電線路存在單相接地故障時，輸電線路上會產生潛供電弧。目前，并聯電抗器中性點接小電抗和使用快速接地開關是抑制潛供電弧的兩個主要的方法。通常相間或者相對的兩個接地電容可能會和并聯電抗器的阻抗構成共同組成一個諧振回路，所以一般要采取一定的預防措施，從而實現對系統起到的保護的作用，所以現在電氣設備通常采用快速接地開關來實現熄弧。通常是把將快速接地開關安裝在線路的兩端，這樣做的目的是能夠將故障點的開放性電弧轉換為開關內的壓縮性電弧，這樣降低流過接地開關電流的大小，使流過接地開關的電流只有數百安培，能夠實現較容易的開斷。只要能夠保證快速接地開關使故障點的潛供電流大大降低，就能夠使電弧容易熄滅，所以接地開關的重要作用體現在對潛供電流的降低和恢復電壓的限制上。

二、接地開關正常使用的條件和基本參數

（1）產品能夠滿足正常使用的條件。a.接地開關周圍環境的溫度：0℃～+40℃；b.接地開關所處環境的相對濕度：不大于

60%（20℃）；c.接地開關的安裝處不能有頻繁的強烈震動或周圍設置有易燃、易爆的物質和某些化學腐蝕性的氣體。（2）產品基本參數。閥廳接地開關是由AREVA公司設計制造而成。

三、閥廳接地開關總體設計方案

如圖1所示，依據閥廳接地開關所處的位置特點和換流站閥廳內設備布置的情況，在換流站的閥廳中，通常會設置有換流閥（三相四重閥）、各種套管、閥組的避雷器和電壓分壓器等高電壓工作設備，四重閥與換流變壓器和避雷器之間的連接需要依靠大量的母線來連接。一般套管是用在實現換流閥與交流系統的連接的設備，套管主要包括穿墻的套管、交流電路中換流變壓器處于閥側的繞組套管、直流電路中油浸式平波電抗器距閥側較近的套管。一般套管的結構有多種，通常為實心、充氣或者油絕緣。針對高壓電氣設備的接地情況，必須實現接地開關的靈活的布置以方便日后對接地進行檢修，并且要求接地開關必須適當的安排在閥廳內部，考慮經濟成本，不能使接地開關過度占用閥廳的面積。

圖1 閥廳內各種高壓設備位置圖

所以，閥廳內的接地開關一般為側墻式安裝，接地開關的本體適當裝在閥廳內的墻面上，并且使接地靜觸頭能適當的安裝在各種高壓設備上，這樣可以方便地對高壓設備提供接地。

閥廳接地開關主要由墻面上的本體部分和安裝在各種高壓設備上的接地靜觸頭組成。底座裝配、齒輪箱裝配和操動機構共同構成了接地開關的本體部分，底座裝配上安裝有接地刀桿，通過接地刀桿的運動插入接地靜觸頭實現對安裝接地靜觸頭設備的接地作用。本體的齒輪箱內裝有兩個正交的錐形齒輪，這樣能夠實現轉換操動機構的運動方向，四連桿結構由齒輪箱內的拐臂和底座裝配的轉動座及拉桿共同構成。接地開關承受的電壓是依據不同安裝位置決定的，為了能夠實現不同位置的接地開關都能夠順利的進行分合閘，一般在本體的底座上設置有一對正交的錐齒輪，能夠使其與接地刀桿同時運動，通過配重塊的重力矩變化來實現對接地刀桿分合閘過程中的重力矩的平衡，以實現接地開關運動高可靠性的運行。

為了將電暈對閥廳內接地開關的影響降到最低，一般我們會在接地開關中裝有屏蔽環，它對產品的電暈放電有很好的控制效果。電暈放電不僅會損耗大量的能量，而且會嚴重干擾周圍的通訊設備，危害十分嚴重。由于本身是與外界環境隔絕的，所以我們必須嚴格限制電暈放電所產生的無線電干擾和噪音干擾。電壓的高低并不會影響電暈放電的多少，電暈放電只與電極上的電場強度大小有關。所以在設計接地開關屏蔽環時，首先要控制好屏蔽環表面的場強大小，使它在額定的電壓范圍內最大場強要低于起始電暈放電場強。接地開關的額定電壓與它在閥廳中的位置也有關系，在換流變壓器的閥繞組側所承受的電壓為直流電壓疊加交流電壓。在直流的作用下，自由電荷在不同介質分界面上達到穩定分布后，電流場分布亦達到穩態，這時接地開關本體內部的場強分布就完全由它的介質電阻率的高低決定。所以，為了能夠使閥廳內的空氣凈距減至最小，需要將高壓設備的接地靜觸頭加裝上均壓球，以達到對電場改善的目的，從而實現減小電暈。

閥廳接地開關的原理為：首先是操動機構執行指定的動作，然后閥廳接地開關利用垂直的連桿來使齒輪箱內的錐齒輪轉動起來，并將操動機構由水平的旋轉動作轉變為垂直的動作，再通過齒輪箱中的拐臂、聯桿和轉動座構成的四連桿系統共同帶動接地刀桿實現轉動，實現安裝有動觸頭的接地刀桿上插入或離開接地靜觸頭，從而能夠實現接地開關的分合閘操作。首先要注意對接地開關的動觸頭進行一定的處理，一般實行銅鍍銀處理，要注意在端部設計時采用錐度導向，這樣能夠方便插入接地靜觸頭時有效的減少操作動作帶來的阻力，實現順暢插入。對接地的靜觸頭的處理一般是采用環形的玫瑰瓣觸指，觸指通常采用鍍銀處理，并且通常要在靜觸頭上安裝有環形的彈簧，為了能夠實現與動觸頭的多片同時接觸，實現電路中電流通過壓緊的銀-銀觸頭流過。

一般接地刀桿是通過自身的重量與安裝在底座上的配重塊配合來實現保持平衡，因為接地刀桿與配重塊都是做圓周的旋轉運動，所以刀桿的重力矩變化曲線在擬合后可以實現保持平衡，來實現接地開關操作有較高的平穩可靠性。

結束語：能源資源和經濟社會發展不均衡是我國當前的基本國情，所以發展特高壓輸電及直流輸電就更加有必要了。根據負荷分布特點，特高壓交流定位于近距離小容量供電，使一些大型電廠在特高壓交流電網覆蓋范圍內都能就近接入；特高壓直流定位于遠距離得大型能源基地進行大容量外送。將這兩種電網結合起來構成復合電網就能充分發揮各自的功能和優勢，使電網扥安全性和經濟性大大提高。為了實現西電東送、南北互供的需要，我國研制出了換流站閥廳接地開關，這是結合國家電網公司和南方電網公司的發展建設，提出的一個前瞻性項目。閥廳接地開關是直流工程閥廳內設備的重要組成部分，能保障閥廳內設備正常檢修，是換流站直流場設計布置的重要設備。

參考文獻：

[1] 許羅生，孫瓊. 新型閥廳接地開關設計[J]. 黑龍江科技信息，2011，29：58.

[2]王振. 高壓電器中的開關設計分析[J]. 價值工程，2012，20：80-81.